Né dans une famille installée depuis des générations sur les bords de l'Ohio, il se destine d'abord à la peinture, mais des problèmes de daltonisme lui font préférer l'écriture.
Au début de la Seconde Guerre mondiale, il s'installe à New York et travaille pour le réseau NBC. Il amorce sa carrière littéraire avec la publication de nouvelles au climat angoissant dans des magazines prestigieux, notamment le Collier's Weekly. Plusieurs de ses romans et nouvelles se situent dans le milieu rural américain qu'il connaît bien pour ses superstitions et sa rigidité morale de façade.
En 1953 paraît La Nuit du chasseur, son roman le plus célèbre, adapté au cinéma par Charles Laughtonsous le même titre. Ses récits policiers relèvent du roman noir, mais il écrit aussi des textes fantastiques, dont deux ont été adaptés pour la série télévisée Suspicion (The Alfred Hitchcock Hour) dans les années 1960 et un autre pour la série Night Gallery en 1971.
Un roman posthume, Ancient Lights, paru en 1982, aborde la science-fiction.
Publié en français sous le titre La Nuit du chasseur, Paris, Albin Michel, 1955 ; réédition, Christian Bourgois, coll. « Série B », 1981 ; réédition, J'ai lu no 1431, 1983 ; réédition, Paris, Gallimard, coll. « Série noire » no 2467, 1997 ; réédition, Paris, Gallimard, coll. « Folio policier » no 354, 2004
A Dream of Kings (1955)
The Watchman (1961)
The Voices of Glory (1962)
A Tree Full of Stars (1965)
Shadow of My Brother (1966)
The Golden Sickle (1968)
Fools' Parade (1969)
Publié en français sous le titre La Parade des imbéciles, Paris, Éditions Sonatine, 2022
Publié en français sous le titre Secrètes Ténèbres, Paris, Opta, Mystère Magazine no 128, septembre 1958 ; réédition dans l'anthologie Les Chefs-d'œuvre du crime, Paris, Planète, 1965
The Cincinnati Gittar (1946)
The Two Wheel Dream (1947)
One Foot in the Grave (1948)
Publié en français sous le titre Un pied dans la tombe, Paris, Encrage, Pulps no 4, 1987
The Lodge Brother (1948)
The Lollipop Tree (1949)
The Rabbit Prince (1949)
The Last Days of Poncho Pete (1949)
Fifty of the Blue (1949)
Count Heads in the Land (1950)
Return of Verge Likens (1950)
Buck Lindsay and the Woman Scorned (1950)
Busby's Rat (1953)
Wynken, Blynken and Nod (1954)
Gone from Glory (1962)
You Never Believe Me (1963), aussi paru sous le titre Where the Woodbine Twineth
Publié en français sous le titre Vous ne me croyez jamais !, Paris, Opta, L'Anthologie du Mystère no 5, 1964 ; réédition dans l'anthologie Enfants rouges, Paris, Julliard, 1990
Moonshine (1964)
Nobody's Watching! (1964)
The Man Who Stole the Moon (1964)
A Tree Full of Stars (1965)
The Stainless Steel Saviour (1975)
The Siege of 318 (1976)
Cry Havoc (1976)
The Idiots (1976)
Bull Pierson (1977)
A Pair of Spectacles (1978)
A Swipe of the Brush (1978)
An Even Strange Fruit (1978)
Bitter Almonds (1978)
Every Road I Walked Along (1978)
Germinal (1978)
The Baby-Sitter (1978)
The Burlap Bag (1978)
The Idiot (1978)
The Scar (1978)
The Crest of Thirty-six (1980)
The Brown Recluse (1980)
Of Cabbages and Queens (1981), publication posthume
Fragment from a Charred Diary (1982), publication posthume
And Presently He Died (1989), publication posthume
Green Thumb (1989), publication posthume
Long Pants (1989), publication posthume
Magenta Blue (1989), publication posthume
Picayune Pete and the Ninety-Proof Cow (1989), publication posthume
Tally Vengeance (1989), publication posthume
The Last of the Chiefs (1989), publication posthume
The Night Watchman's Daughter (1989), publication posthume
1964 : Return of Verge Likens, épisode 1, saison 3 de la série télévisée américaine Suspicion (The Alfred Hitchcock Hour), réalisé par Arnold Laven, adaptation de la nouvelle éponyme, avec Peter Fonda
1965 : Where the Woodbine Twineth, épisode 13, saison 3 de la série télévisée américaine Suspicion (The Alfred Hitchcock Hour), réalisé par Alf Kjellin, adaptation de la nouvelle éponyme, avec Margaret Leighton
1971 : They're Tearing Down Tim Riley's Bar/The Last Laurel, épisode 6, saison 1 de la série télévisée américaine Night Gallery, segment Last Laurel réalisé par Daryl Duke, adaptation de la nouvelle The Horsehair Trunk, avec Jack Cassidy
1981 : Siege of 31 August, épisode 6, saison 1 de la série télévisée américaine Darkroom(en), réalisé par Peter Crane, adaptation de la nouvelle The Siege of 318, avec James Coburn
En 1983, Stephen King lui a dédié son livre : L'Année du loup-garou (Cycle of the Werewolf), avec les mots suivants : « À la mémoire de Davis Grubb et de tous les illuminés ».